Ligas Metálicas
Introdução.
Este trabalho foi desenvolvido durante o estudo da ligação metálica, na disciplina de Química.
Neste presente trabalho trataremos ligação metálica, onde encontraremos as suas definições como sendo uma ligação que se estabelece entre os átomos num metal sólido ou numa liga. Suas características, propriedades, etc.
Falaremos também da liga metálica, onde veremos Ligação metálica
a sua definição, ligas metálicas mais comuns no quotidiano, sua importância na indústria, etc.
1.0.Ligação metálica
1.1.Definição
A ligação metálica é aquela que se estabelece entre os átomos num metal sólido ou numa liga.
A ligação metálica é aquela que se estabelece entre os átomos num metal sólido ou numa liga.
Nestes metais, considera-se que os átomos se encontram ionizados, ocupando os iões positivos posições regularmente dispostas na rede cristalina.
Devido ao facto de os metais possuírem baixas energias de ionização, os seus eletrões mais externos (eletrões de valência), também designados por eletrões livres, são atraídos simultaneamente pelos núcleos dos átomos vizinhos, podendo mover-se livremente ou quase livremente através do cristal. Este modelo pressupõe que cada átomo possa colocar os seus eletrões de valência à disposição dos outros átomos, não se mantendo os eletrões permanentemente ligados ao átomo de origem.
Devido ao facto de os metais possuírem baixas energias de ionização, os seus eletrões mais externos (eletrões de valência), também designados por eletrões livres, são atraídos simultaneamente pelos núcleos dos átomos vizinhos, podendo mover-se livremente ou quase livremente através do cristal. Este modelo pressupõe que cada átomo possa colocar os seus eletrões de valência à disposição dos outros átomos, não se mantendo os eletrões permanentemente ligados ao átomo de origem.
São estes átomos que, sob a ação conjunta dos núcleos dos átomos regularmente dispostos numa rede cristalina, criam as forças de ligação entre os átomos metálicos. Esta força de ligação, consiste então, na atração eletrostática entre os iões positivos do metal e os eletrões. Deste modo forma-se um gás de eletrões, sendo este modelo de ligação metálica conhecido por modelo do gás eletrónico ou do mar de eletrões.
A existência de eletrões livres dá origem a boas condutividades elétrica e térmica dos metais. Quanto maior for o número de eletrões livres por cada átomo metálico, mais forte será a ligação metálica. É o caso do magnésio cuja ligação metálica é mais forte do que a do sódio, uma vez que os átomos de magnésio possuem dois eletrões de valência enquanto os átomos de sódio têm apenas um.Os átomos de um metal têm grande tendência a perder electrões da última camada e transformar-se em catiões. Esses elétrons, entretanto, são simultaneamente atraídos por outros íons, que então o perdem novamente e assim por diante. Por isso, apesar de predominarem iões positivos e elétrons livres, diz-se que os átomos de um metal são eletricamente neutros.
A existência de eletrões livres dá origem a boas condutividades elétrica e térmica dos metais. Quanto maior for o número de eletrões livres por cada átomo metálico, mais forte será a ligação metálica. É o caso do magnésio cuja ligação metálica é mais forte do que a do sódio, uma vez que os átomos de magnésio possuem dois eletrões de valência enquanto os átomos de sódio têm apenas um.Os átomos de um metal têm grande tendência a perder electrões da última camada e transformar-se em catiões. Esses elétrons, entretanto, são simultaneamente atraídos por outros íons, que então o perdem novamente e assim por diante. Por isso, apesar de predominarem iões positivos e elétrons livres, diz-se que os átomos de um metal são eletricamente neutros.
Resumindo: A ligação metálica ocorre entre dois átomos de metais. Nessa ligação todos os átomos envolvidos perdem electrões de suas camadas mais externas, que se deslocam mais ou menos livremente entre eles, formando uma nuvem eletrônica (também conhecida como “mar de electrões”).
1. 2.Caracteristicas da ligação metálica:
Ø Dureza, ponto de fusão e ponto de ebulição – dependem primordialmente da força da ligação metálica;
Ø Ductibilidade – capacidade de se formar quando submetido a uma tensão – tracção ou compressaão;
Ø Indivisivél;
Ø Podemformaruma grande quantidades de ligas combinando-os comoutros metais ou otros elementos da TP;
Ø Soluções sólidas cristalinas substitucionais (catiões têm tamanhos não muito dissimilares) ou intersticiais (tamanhos muito dissimilares).
Ø São não direcionais – atração electrostática.
1.3.Propriedades das substâncias com ligação metálica:
Ø As substâncias metálicas têm pontos de fusão e pontos de ebulição elevados;
Ø São bons condutores térmicos e eléctricos;
Ø Formam lâminas flexíveis e conseguem esticar –se em fios;
Ø Apresentam um brilho próprio.
.1.4.Fadiga / cansaço dos metais
A fadiga de um metal define-se como um“ fenómeno de enfraquecimento progressivo de um metal quando este está submetido a cargas dinâmicas ou repetidas.
Fadiga é também uma condição na qual o material apresenta perdade resistência depois de exposto a carregamento excessivo, impróprio ou elevado número deciclos. Molas sofrem fadiga quando sujeitas a carga excessiva, número elevado de solicitações no tempo ou temperaturas elevadas. As roturas por fadiga podem causar prejuízos económicos significativos na medida em que provocam paralisação de equipamentos na indústria por impossibilidade de funcionamento. Algumas roturas têm causado danos materiais e humanos consideráveis que se conhecemnumerosos exemplos em aviões, comboios, pontes, autocarros, etc, os quais têm contribuído parao conhecimento deste fenóme.
1.5.Fenomeno de forja dos metais
Forjamento é o processo de fabricação no qual um tarugo de metal é deformado dentro das mais variadas formas geométricas e com grandes deformações plásticas. Este processo de fabricação está dividido em dois grandes grupos a saber:
Forjamento a frio –este processo caracteriza-se pelo fato de ocorrer abaixo da temperatura de recristalização, industrialmente, à temperatura ambiente. Além disso, o processo de forjamento a frio possibilita vantagens como, propriedades mecânicas melhoradas, superfície final com baixa rugosidade, tolerância dimensional mais fechada e ainda economia de matéria-prima.
Forjamento a quente – Ja essa classificação é dependente da temperatura na qual as operações de forjamento ocorrem. O processo de forjamento a quente distinguem-se pela faixa de temperatura na qual é realizado, isto é, faixas nas quais ocorre o mecanismos de recuperação e recristalização.Já o processo de, quente.
1.6.Soldadura dos metais
Soldagem de metais é a junção de dois materiais, de mesma composição ou não, de forma permanente, sob a ação de agentes ou forças em escala atômica.
O cobre e o latão podem ser soldados com estanho ou, para conseguir uma ligação mais resistente, com prata.
Para fazer pegar o estanho na superficie do metal durante a sodadura, é preciso tratar as superfícies a soldar com ácido clorídrico. Este elimina a camada de óxido de metal na superfície. O estanho fundido enche todas as irregularidades das superfícies metálicas a soldar.
1.7.Gripar dos metais
O fenomeno gripar ocorre devido ao contacto permanente de metais a altas temperaturas, que dá a origem à união das redes metalicas.
1.8.Metais importantes da indústria Moçambicana (Al, Zn, Fe, Au, Ag e Cu)
– Ocorrência.
– Obtenção.
– Aplicações.
1.Aluminio
Ocorrência e obtenção.
Obtém-se a partir de um minério, a bauxite.
A obtenção da generalidade dos metais ocorre na em três etapas: mineração, refinaria e redução.
2.Mineração – A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio, este mineral é extraído da natureza e através dele se obtém a Alumina (produto intermediário que leva à produção de Alumínio). A Alumina possui fórmula Al2O3.
3.Refinaria – Nesta etapa, a alumina precisa passar por uma purificação, é então dissolvida em soda cáustica e logo após passa por uma filtração. Um pó branco de alumina pura é obtido e enviado à Redução.
4.Redução – Esta última etapa permite a obtenção de alumínio através de eletrólise. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono. Vejamos como ocorre a reação de oxirredução:
1. A Alumina é colocada no estado fundido em um tanque de ferro revestido com carbono, esse tanque funciona como cátodo;
2. Os ânodos são constituídos de bastões de carbono mergulhados na Alumina fundida;
3. As reações de oxirredução promovidas por esse processo originam Alumínio puro no cátodo. Este, posteriormente, vai para o fundo da célula eletrolítica.
Aplicações
Devido à sua elevada condutividade eléctrica, ductilidade e baixa massa atómica, é frequentemente utilizado para linhas de transmissão eléctricas. O metal tem também sido utilizado no revestimento de espelhos de telescópio, bem como no fabrico da chamada folha de aluminio, utilizada na embalagem de alimentos. Puro, o metal tem uma resistência mecânica limitada, sendo portanto geralmente usado em ligas com cobre, manganésio, silicio, magnésio e zinco, que apresentam uma vasta gama de propriedades mecânicas. Estas ligas são usadas na construção civil, estrutura de aviões e de automóveis, sinais de trânsito, dissipadores de calor, depósitos de armazenamento, pontes e utensílios de cozinha.
Ferro
Ocorrência e obtenção.
O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se:
A hematita(Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO3), a pirita (FeS2) e a ilmenita (FeTiO3).
Pode-se obter o ferro a partir dos óxidos com maior ou menor teor de impurezas. Muitos dos minerais de ferro são óxidos.
A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados alto-forno ou forno alto. Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de coque, e carbonato de cálcio, CaCO, que actua como escorificante. Os principais minérios de ferro são a hematite (Fe2O3), a magnetite (Fe3O4), a limonite (Fe2O3.H2O) e a siderite (FeCO3). Os compostos de ferro mais vulgares na Natureza são a pirite (FeS2) e a ilmenite (FeO.TiO2), mas não são adequados para a extracção do metal. Este elemento aparece ainda como constituinte subsidiário em quase todas as rochas, bem como nos seres vivos, vegetais e animais. Encontra-se ainda em águas naturais, às vezes em quantidade apreciável. Em Portugal são exemplos característicos as águas do Barreiro (Caramulo), Melgaço, Vidago, Salos, Vale da Mó, Ribeirinho e Arco (Castelo de Vide), Férrea da Câmara (Açores) e outras.
Aplicações:
O ferro é o mais útil de todos os metais. As suas aplicações, bem como as das suas ligas, na construção metálica de todos os tipos, são por demais conhecidas. Os compostos de ferro têm aplicações muito diversas. Assim, o sulfato ferroso usa-se em tinturaria e como fungicida, o oxalato ferroso em reveladores fotográficos; a limonite e a hematite como pigmentos, adsorventes e abrasivos; e a magnetite no fabrico de eléctrodos industriais; o nitrato e o cloreto de ferro usam-se como mordentes, como hemostáticos e como reagentes industriais, sobretudo na indústria dos corantes; o “azul-da-prússia” e o “azul-de-turnbull” usam-se no fabrico de tintas de escrever e outras. Os carbonilos e nitrosilo de ferro, bem como o ferroceno, têm encontrado frequente aplicação como catalisadores de muitas reacções.
Zinco
Ocorrência e obtenção.
Ocorre na natureza sob forma de carbonato ZnCO3 (smithsonite) e sulfureto ZnS (blanda).
A obtenção do zinco faz-se por via seca, através da redução do óxido de zinco obtido por calcinação da blenda ou por aquecimento do espato, utilizando carvão em mufla, formando-se vapor de zinco, que destila e condensa em recipientes apropriados.
Aplicação.
É usado sobretudo na galvanização do aço ou ferro (proteçãao contra corrosão).
Contribui para o bom funcionamento do sistema imunitário e é necessário para a cicatrização de ferimentos. É um elemento essencial no metabolismo humano. O zinco pode também ser um aditivo de certas borrachas e tintas.
Ouro
Ocorrência e obtenção:
O ouro e o zinco, por serem inertes, fazem partedos chamados metais não combinados. Por isso, ocorrem geralmente como metais.
O ouro é extraido por um processo denominadolixiviação com cianeto oe mercúrio (substâncias tóxicas). Esta prática provoca graves problemas ambientais.
Os únicos compostos de ouro que ocorrem na Natureza são os teluretos, presentes nos minérios calverite (AuTe2), petzite ((AuAg)2Te), silvanite ((AuAg)Te2), etc.
Aplicações:
O ouro é utilizado como moeda de troca desde 3000 a.C. No entanto, só em finais do século XVIII é que adquiriu um estatuto monetário universal. A maior parte do ouro produzido em todo o mundo é absorvida pelos próprios estados, para cunhagem de moeda e principalmente para reservas bancárias como garantia de equilíbrio nas transações comerciais internacionais. Estima-se que mais de metade de toda a produção mundial de ouro tenha este destino.
As maiores aplicações não monetárias deste elemento são decorativas e funcionais. Os usos decorativos incluem a joalharia, adornos religiosos, etc. As aplicações funcionais existem na indústria electrónica e aeroespacial.
Prata
Ocorrência e obtenção:
A prata é um metal não combinado o seu principal mineral é a argentite (Ag2S), que ocorre normalmente associada a outros sulfuretos como o de cobre ou de chumbo. Outros minerais de prata são a cerargirite (AgCl), a proustite (3Ag2S.Ag2S3), a pirargirite (3Ag2S.Sb2S3), a stefanite (5Ag2S.Sb2S3) e a prata nativa. A prata pode ser obtida como subproduto na metalurgia do zinco, do ouro, do níquel e do cobre. Ela está muitíssimo menos disseminada que o ouro na natureza.
Aplicações:
Objectos do odono
Cobre
Ocorrência e obtenção
Ocorre na natureza sob forma de: pirites (sulfetos) primárias – calcocina (S2CU). Covelina (SCU); pirites secundárias – calcopirites (S2FeCu); e minerais como a bornite (Cu5Fes4).
Aplicações:
É usado sobre tudo como metal codutor (fios e cabos).
Outras aplicações: motores eléctricos, cunhagem de moedas, ( com níquel), e tubos de condensadores, etc.
1.9.Principais indústrias metalúrgicas de Moçambique.
Ø Mozal.
2.0.Ligas metálicas
Ligas metalicas são materiais com propriedades metalicas que contem dois ou mais elementos quimicos sendo que pelomenos um deles é metal. Uma liga tambem pode ser definida como a mistura com quantidades determinadas e variáveis de outros metais ou ametais preparados todos quanto estao fundidos, ligas sao geralmente misturas heterogênias. É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.
2.1. Ligas metálicas mais comuns no cotidiano:
Aço — constituído por Fe e C.
Aço inoxidável — constituído por Fe, C, Cr e Ni.
Ouro de Joias — constituído por Au (75 %), Ag e/ou Cobre (25 %) para o ouro 18K. O ouro 24K é ouro puro.
Amálgama dental (utilizada em obturação) — constituída por Hg, Ag e Sn.
Bronze — constituído por Cu e Sn.
Latão (utilizado em armas e torneiras) — constituído por Cu e Zn.
2.2. Ligas Ferrosas– O ferro é o constituinte principal. Essas ligas são importantes como materiais de construção em engenharia. As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem dessas ligas é que elas são muito suscetíveis à corrosão. Aços: são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%.
Aços com baixo teor de carbono, essas ligas contem geralmente menos que 0,25% de C. como conseqüência essas ligas são moles e fracas, porém possuem uma ductilidade e uma tenacidade excepcionais; além disso, são usináveis soldáveis e, dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos. Aplicações típicas para este tipo de liga incluem os componentes de carcaças de automóveis e chapas usadas em tubulações, edificações e latas estanhadas.
Aços com médio teor de carbono: esses aços possuem concentrações de carbono aproximadamente de 0,25 e 0,60%p de carbono. As maiores aplicações destas ligas se encontram em rodas de trens, engrenagens, virabrequins e outras peças de alta resistência que exigem uma combinação de elevada resistência, resistência à abrasão e tenacidade.
Aços com alto teor de carbono: esses aços apresentam em média uma concentração de carbono e 0,60 a 1,4%p. São mais duros, mais resistentes e, porem, os menos dúcteis dentre todos os aços de carbono. Esses aços são usados geralmente como ferramentas de corte, bem como para a fabricação de facas, laminas de serras para metais, molas e arames com alta resistência.
2.3. Liga não ferrosa– São ligas que não possuem como constituinte principal o elemento ferro. Ligas de cobre: o cobre, quando não se encontra na forma de ligas, é tão mole e dúctil que é muito difícil de ser usinado. As ligas de cobre mais comuns são os latões, onde o zinco, na forma de uma impureza substitucional, é o elemento de liga predominante. Ligas de cobre-zinco com concentrações aproximadamente de 35%p de zinco são relativamente moles, dúcteis e facilmente submetidos à deformação plástica a frio. As ligas de latão que possuem um maior teor de zinco são mais duras e mais resistentes. Os bronzes são ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o estanho, alumínio, o silício e o níquel. Essas ligas são relativamente mais resistentes do que os latões, porém ainda possui um elevado nível de resistência a corrosão. Alguns outros exemplos de ligas não ferrosas são as ligas de alumínio, que são caracterizadas por uma densidade relativamente baixa, condutividade elétrica e térmica elevada, e uma resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, com a atmosfera ambiente. Liga de magnésio é caracterizada pela baixa densidade do magnésio que é a mais baixa dentre todos os metais estruturais; dessa forma suas ligas são usadas onde um peso leve é considerado importante, como por exemplo, em componentes de aeronave.
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2.4. Importância na indústria.
Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção. As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala. São também representativos os setores de eletrônica e comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem importância capital para a economia contemporânea. Ligas metálicas são materiais de propriedade semelhantes às dos metais e que contêm pelo menos um metal em sua composição. Há ligas formadas somente de metais e outras formadas de metais e semimetais (boro, silício, arsênio, antimônio) e de metais e não-metais (carbono, fósforo). É interessante constatar que as ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza, aumento da resistência mecânica.
2.5. Processos:
As ligas metálicas podem ser obtidas por diversos processos:
a. Processos da fusão – Fundem-se quantidades adequadas dos componentes da liga, a fim de que estes se misturem perfeitamente no estado líquido. A fusão é feita em cadinhos de ferro, de aço ou de grafite, em fornos de revérberoou em fornos elétricos. A massa fundida, homogênea, é resfriada lentamente em formas apropriadas. São tomadas precauções especiais para evitar a separação dos componentes da liga durante o resfriamento, para evitar a oxidaçãodos metais fundidos, para minimizar as perdas dos componentes voláteis, etc. Esse processo também pode ser efetuado na superfície de um corpo. Assim, mergulhando-se folhas de ferro em estanhofundido, forma-se na sua superfície uma liga de ferro e estanho. Obtém-se, assim, a folha-de-flandres, também chamada lata.
b. Processo de compressão – O processo de compressão consiste em submeterem-se misturas em proporções adequadas dos componentes a altíssimas pressões. Esse processo é de importância na preparação de ligas de alto ponto de fusão e àquelas cujos componentes são imiscíveis no estado líquido.
c. Processo electrolítico – O processo eletrolítico consiste na eletrólisede uma mistura apropriada de sais, com o fim de se efetuar deposição simultânea de dois ou mais metais sobre cátodos.
d. Processo de Metalurgia Associada– O processo de metalurgiaassociada consiste na obtenção de uma liga constituída de dois ou mais metais, submetendo-se ao mesmo processo metalúrgico uma mistura de seus minérios.e etc.
e. Oxidação – Admite-se que um nêutron desintegra-se formando um prtão, um eletrão e um neutrino(partícula sem carga e praticamente sem massa.
2.6. Gestão de Resíduos Sólidos
A Gestão Integrada de Resíduos Sólidos é um conjunto de metodologias com vista a redução não só da produção e eliminação de resíduos, como do melhor acompanhamento durante todo o seu ciclo produtivo. Tem como finalidade reduzir a produção de resíduos na origem, gerir a produção dos mesmos no sentido de atingir um equilíbrio entre a necessidade de produção de resíduos, e o seu Impacto ambiental. É uma gestão transversal a todo o ciclo, o qual analisa de maneira Holística.
Desta forma, os metais que se tornariam lixo são separados e levados para a fabrica, que os transformamem algo que utilizamos no dia-a-dia.
A reciclagem tem muitas vantangens nomeadamente:
Ø A popança de recursos naturais (evita-se recorrer-se à matéria-prima para o fabricode novos produtos);
Ø A diminuiçao da poluiçao do solo, da agua e também do ar (os resíduos nao sao depositados no meio natural, mas reaproveitados;
Ø A melhoria da limpeza e higiene das localidades, já que diminui a quantidade de resíduos;
Ø Criação de postos de trabalhos nos centros de reciclagem.
Conclusão
Como vimos, este trabalho é resultado de um estudo/pesquisa, que exigiu, no decorrer do mesmo muita análise, síntese e reflexão. Uma das vantagens oferecidas e que considero a mais importante foi o conhecimento que tive a respeito da Radioatividade, os seus elementos, perigos e aplicações. Foi um estudo realmente, muito interessante e instrutivo.